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Die ZelleEine chemische Fabrik im Nanomaßstab
Peter Schuster
Institut für Theoretische Chemie, Universität Wien, Österreichund
Österreichische Akademie der Wissenschaften
Höhere Technische Bundeslehranstalt
Mistelbach, 17.12.2008
Web-Page for further information:
http://www.tbi.univie.ac.at/~pks
Photographs are taken from
Joachim Ude und Michael Koch, Die Zelle. Atlas der Ultrastruktur, 2.Auflage
Gustav Fischer Verlag Jena Stuttgart, 1994
Die prokaryotische Zelle
Raster-Elektronenmikroskop (Scanning electron microscope, SEM)
Transmissions-Elektronenmikroskop (TEM)
Elektronenmikroskopische Schnitte durch Escherichia coli Bakterien
Zellteilung in Corynebacterium periplanetae
Die tierische eukaryotische Zelle
Die pflanzliche eukaryotische Zelle
Zellmembran und Zellwand
NH2CH3-CH
COOH
Chiralität bei Aminosäuren: D,L-Alanin
R = - CH2-C6H5
Penicillin G: 41 AtomeMolgewicht 334.4 Da
Molekulare Struktur von Penicillin
Röntgenkristallographie
Hämoglobin: 10 000 AtomeMolgewicht: 64 000 Da
Molekulare Strukturen der Biomoleküle
Proteinkristall
Röntgendiffraktometer Diffraktionspattern
ElektronendichtemodellierungMolekulare StrukturProteinkristallographie
The three-dimensional structure of a short double helical stack of B-DNA
James D. Watson, 1928- , and Francis Crick, 1916- ,Nobel Prize 1962
1953 – 2003 fifty years double helix
Verdopplung der genetischen Information
Desoxyribonukleinsäure – DNA
Der Träger der digital verschlüsselten genetischen Information
Der Mechanismus der DNA Replication
Replikation eines DNA Doppelstranges
OCH2
OHO
O
PO
O
O
N1
OCH2
OHO
PO
O
O
N2
OCH2
OHO
PO
O
O
N3
OCH2
OHO
PO
O
O
N4
N A U G Ck = , , ,
3' - end
5' - end
Na
Na
Na
Na
5'-end 3’-endGCGGAU AUUCGCUUA AGUUGGGA G CUGAAGA AGGUC UUCGAUC A ACCAGCUC GAGC CCAGA UCUGG CUGUG CACAG
Definition der RNA Struktur
Verarbeitung der biologischen Information in der Zelle
Der Zitronensäure- oder Krebszyklus als Energiequelle der Zelle in den Mitochondrien
The citric acid or Krebs cycle (enlarged from previous slide).
A B C D E F G H I J K L
1 Biochemical Pathways
2
3
4
5
6
7
8
9
10
The reaction network of cellular metabolism published by Boehringer-Mannheim.
Die molekulare Struktur des Komplexes aus dem Regulationsprotein cro-repressor und der spezifischen Bindungsstelle an der -Phagen B-DNA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Regulatory protein or RNA
Enzyme
Metabolite
Regulatory gene
Structural gene
A model genome with 12 genes
Sketch of a genetic and metabolic network
E. coli: Genomlänge 4×106 NucleotidesZahl der Zelltypen 1Zahl der Gene 4 460
Mensch: Genomlänge 3×109 Nucleotides
Zahl der Zelltypes 200
Zahl der Gene 30 000
Komplexität in der Biologie
Die Schwierigkeit einer Definition des Begriffs“Gen”.
Helen Pearson,Nature 441: 399-401, 2006
ENCODE Project Consortium. Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project. Nature 447:799-816,2007
ENCODE stands forENCyclopedia Of DNA Elements.
Cascades, A B C ... , and networks of genetic control
Turing pattern resulting from reaction-diffusion equation ?
Intercelluar communication creating positional information
Development of the fruit fly drosophila melanogaster: Genetics, experiment, and imago
The human brain
1011 neurons connected by 1013 to 1014 synapses
Web-Page for further information:
http://www.tbi.univie.ac.at/~pks
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